螺桿泵在高含水期的應用

隨著油田部分地區的三個采樣季節到來，油提升技術的經濟效益逐漸下降，這主要體現在儲液罐中的提升技術，許多不適應性。油擠出系統的上下段懸點負荷增加，下沖程橋立柱運動滯后，容易導致桿管偏壓和破碎，聚合物對電潛泵裝置的負荷增加，污泥排出效率顯著降低，影響了聚合物驅油的效果和經濟效益。另一方面，為了滿足液體需求，實現大規模萃取的穩定。大多數大型桿泵在安裝過程中處于有限的區域。大排量螺桿泵機械舉升工藝能夠解決稠油冷采、高含砂、高含氣井開采難題，具有能耗低的優點，且能很好的解決油田后期液量不足的問題。本文結合勝利采油廠井身、井況和生產情況，優化設計了大排量單頭單螺桿泵的參數，實現了油井的優化生產。1旋轉機構的組成結構單螺桿泵是由兩個互相嚙合的轉子和定子螺旋體組成，如圖1所示。常規單螺桿泵是單頭的，轉子由高強度鋼材料制成的單頭螺旋線體，具有堅硬耐磨、光滑鍍鉻表面；定子是一個在鋼管內硫化成型的雙頭螺旋線體，其內橡膠定子具有柔軟的彈性（注：現在已經有采用金屬作為定子的內腔材料）。兩者旋向相同，同時左旋或右旋。相互嚙合的轉子和定子，即在軸向把油流分割開來，又在徑向把油流一分為二，由于它們的幾何形狀面構成一系列相等的、互相分割的腔室，當轉子在定子里旋轉的時候，這些腔室由定子的下端沿軸線向上運動，直到定子上端排放，并被增壓提升。單頭螺桿的任意截面都是半徑為R的圓，如圖2所示。螺桿截面中心位于螺紋線上，與螺桿的軸中心線偏離一偏心距e。兩個突出的齒頂間的距離為一螺距t。圓盤的中心O以偏心距e繞著螺桿自身的軸線一邊旋轉，一邊按一定的螺距t向前移動。單頭螺桿泵襯套的斷截面輪廓是由兩個半徑為R（等于螺桿端面的半徑）的半圓和兩個長為4e的直線段組成的長圓形，如圖3所示。襯套的雙線內螺旋面就是由上述斷截面繞襯套的軸線旋轉的同時，按一定的導程T=2向前移動所形成的。當螺桿在襯套中的位置不同時，他們的接觸點是不同的。螺桿斷面位于襯套長圓形斷面的兩端時，螺桿和襯套的接觸為半圓弧線，而在其它位置時，螺桿和襯套僅有兩點接觸，如圖4所示。由于螺桿和襯套是連續嚙合的，這些接觸點構成了空間密封線，在襯套的一個導程T內形成一個密封腔室。這樣一來，沿著單螺桿泵的全長，在襯套內螺旋面和單螺桿表面間形成一個個密封腔室。當單螺桿轉動時，螺桿—襯套副中靠近吸入端的第一個腔室的容積增加，在它和吸入端的壓力作用下，油液便進入第一個腔室。隨著單螺桿的轉動，這個腔室開始封閉。由于密封腔室的不斷形成、推移和消失，室油液通過一個個密封腔室，從吸入端擠到排出端，壓力不斷升高，流量非常均勻。2單螺桿泵的主要參數設計單螺桿泵設計中主要是根據給定的流量和壓力來計算或參考現有的泵來選取螺桿和襯套的尺寸（螺桿橫截面直徑d、偏心距e、螺距t和襯套長度L)(1）關于螺距的確定進行實際轉子加工的轉子銑床是在CQ61100型車床基礎上改造而成的，該機床的螺距受到加大螺距數及掛輪齒數等機床機構的限制，經過初選和篩選，螺距確定為t=336。(2）距離e的選擇經過大量的數據調研發現國外大排量泵的偏心距2e基本在19～20，這樣的螺桿泵的攜砂能力強，經過計算優選2e=19.4。(3）實體膠芯軸大徑考慮到我國油田大多數油井采用51/2″套管，其通過的套管規外徑為φ120，在此種條件下無縫管的規格為φ114.3×10最合適，即管子內腔約為φ94，再者定子橡膠本身的抗拉強度較差，螺桿泵工作時要求定子橡膠要有足夠的抗撕裂能力，注膠時還要求橡膠與管壁之間有足夠的粘附能力和足夠的彈性等，單螺桿泵的定子橡膠內腔截面為長條形，考慮橡膠收縮量等影響，通常設計定子腔內最薄處的橡膠厚度≥6～8。綜合起來考慮，選擇小徑d=φ41.2，則芯軸大徑D=4e+d=80。這樣一來，在理想狀態時，橡膠最薄處的厚度為△=7。(4）襯套橫截面垂直方向坐標a）螺桿的表面參數符合下述方程：式中：Φ1為螺桿斷面轉角；θ為螺桿上任意點與軸夾角；r為襯套橫截面上任意點到螺桿橫截面中心距離；x1為螺桿橫截面水平方向坐標；y1為螺桿橫截面垂直方向坐標；z1為縱截面水平方向坐標。3大排量無螺旋桿充填生產為了獲得泵的必須特性參數并保證其耐久性、經濟性和操作方便性，正確選擇螺桿—襯套副基本尺寸的最優比值有著重要意義。根據油田生產，油井的工況以及加工能力等條件的實際，設計了大排量采油單頭單螺旋桿，經投入使用，產液量完全滿足實際生產的需要。b)襯套的軸向截面符合下述方程:式中:Φ為襯套斷面轉角,通過計算分析,其線型形狀如下:其各項外形尺寸為:偏心7.5mm,定子大徑76mm,定子小徑46mm,轉子大徑61mm,轉子小徑31mm,每轉排量1105.7ml,在轉速為100轉、壓力為10Mpa時,理論轉矩約為840Nm,軸向力約為50kN,最大滑移速度約為0.476m/s,慣性離心力約為345N,傾倒力矩約為620Nm。(5)大排量大揚程螺桿泵根據公式Q=4edT,已知e、d